Rare-earth high-entropy aluminate-toughened-zirconate dual-phase composite ceramics for advanced thermal barrier coatings

材料科学 陶瓷 复合材料 断裂韧性 复合数 微观结构 锆酸盐 热障涂层 铝酸盐 韧性 热稳定性 化学工程 水泥 工程类 钛酸酯
作者
Xuewei Luo,Shuo Huang,Chunhui Xu,Shuen Hou,Hongyun Jin
出处
期刊:Ceramics International [Elsevier BV]
卷期号:49 (1): 766-772 被引量:16
标识
DOI:10.1016/j.ceramint.2022.09.048
摘要

Superb toughening is achieved by incorporating a secondary ferroelastic phase in high-entropy rare-earth zirconate 5RE2Zr2O7 (HZ). Here, we report an enhancement of 64% in fracture toughness through the addition of 30mol% high-entropy rare-earth aluminate 5REAlO3 (HA) to the HZ matrix (30HA). The aforementioned rare-earth elements RE are La, Sm, Eu, Gd, and Yb. The present dual-phase composite ceramic 30HA has a large fracture toughness of 2.77 ± 0.14 MPa m1/2, along with excellent high-temperature phase stability, resulting in good usage for potential thermal barrier coating applications. Particularly, the fracture toughness of the dual-phase composite ceramics at first increases to a maximum and then drops suddenly, as the mole fraction of HA increases from 0 to 50%. A clear definition of fitting parameters and their physical significance is provided for a better interpretation of the experimental data. The present toughening mechanism sheds light on microstructure engineering in high-entropy ceramics for excellent mechanical properties.

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